《测量小灯泡的电功率》学案1版.doc

测量小灯泡的电功率
【重点难点提示】
测量小灯泡的电功率的方法和原理：根据P=IU，要测量小灯泡的电功率，需要测量通过小灯泡的电流I和小灯泡两端的电压U，这就需要电流表和小灯泡串联，电压表并联在小灯泡两端．要测量小灯泡在不同电压下的电功率，就需要滑动变阻器和小灯泡串联，通过改变滑动变阻器的滑片位置，改变小灯泡两端的电压和小灯泡中的电流．实验电路图如图7-19所示．

【重点难点解析】
用电压表和电流表测量小灯泡的电功率
根据电功率的公式P=IU，测出小灯泡的电流和电压，就可以计算得出小灯泡的功率．在额定电压下测出的功率就是额定功率．调节滑动变阻器改变小灯泡两端的电压，使它略高于或略低于额定电压，测出对应的电流值，就可以计算出小灯泡不在额定电压下的功率．
根据实验的要求，自己设计出电路，并画出实验电路图．然后按电路图选择实验器材并将器材连接成电路，进行实验．
(1)使小灯泡在额定电压下发光，测出小灯泡中的电流，算出小灯泡的功率．
(2)使小灯泡上的电压约为额定电压的1．2倍，观察小灯泡的发光情况，测出小灯泡中的电流，算出小灯泡的功率．
(3)使小灯泡上的电压低于额定电压，观察小灯泡的发光情况，测出小灯泡中的电流，算出小灯泡的功率．
设计如下的表格，把三次实验数据填写在表格里．

分析实验现象和实验数据，归纳得出实验结论：(1)小灯泡的发光情况由实际功率决定，功率越大，灯泡越亮；(2)灯泡实际消耗的功率随着加在它两端的电压而改变．电压越大，功率越大；(3)灯泡两端实际电压等于额定电压时，灯泡正常发光；低于额定电压时，灯泡比正常发光时暗；高于额定电压时，灯泡比正常发光时更亮．(4)灯泡的实际功率可以等于额定功率，也可以不等于额定功率．
实验结束后，要对实验过程进行回顾和分析，思考在实验过程中还有没有不合理的地方，操作中有没有什么失误，测量结果有哪些误差，并和同学进行交流．最后写出实验报告．
【典型热点考题】
例1 某小组同学探究小灯泡发光时的亮度与哪些因素有关．他们用九只不同规格的灯泡分别接入电路，使它们都正常发光，并用电压表和电流表分别测得小灯泡正常发光时的电压和电流．该小组的同学仔细观察灯泡的亮暗程度，把九只灯泡分成三组，每组的亮暗程度相同，且第—组最亮，第二组其次，第三组最暗．实验中记录的有关数据分别如表—、表二、表三所示．

(1)分析比较实验序号1与4、2与5、3与6的数据及观察到的现象，可得出的初步结论是：__________________．
(2)分析比较实验序号_________________________的数据及观察到的现象，可得出的初步结论是：当通过灯泡的电流相等时，灯泡两端的电压越大，灯泡越亮．
(3)请进一步综合分析表一、表二、表三中的数据及观察到的现象，并归纳得出结论．
(a)分析比较表—、表二或表三中的数据及观察到的现象，可初步得出________________________________________________；
(b)分析比较表一、表二或表三中的数据及观察到的现象，可初步得出：__________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________.
(2003年，上海)
分析与解答：根据实验中记录的数据可以得出九只规格不同的灯泡正常发光时的电阻和功率．第一组三只灯泡的电阻依次是3Ω、12Ω和48Ω，功率都是12W；第二组三只灯泡的电阻分别是6Ω、24Ω和96Ω，功率均是6W；第三组三只灯泡的电阻分别是3Ω、12Ω和48Ω，功率都是3W．
(1)分析比较实验序号1与4、2与5、3与6的数据及观察到的现象，灯泡两端电压相同，灯泡的电流、电阻、电功率和亮度均不同，归纳可得出的初步结论是：当灯泡两端的电压相等时，通过灯泡的电流越大，灯泡的功率越大，灯泡越亮．
(2)分析比较实验序号4与7、5与8、6与9的数据及观察到的现象，通过灯泡中的电流相同，灯泡两端的电压、电阻和电功率都不同，归纳可得出的初步结论是：当通过灯泡的电流相等时，灯泡两端的电压越大，灯泡的功率越大，灯泡越亮．
(3)进—步综合分析表一、表二、表三中的数据及观察到的现象，归纳可得出如下结论．
(a)灯泡两端的电压与通过灯泡的电流的乘积相等，即灯泡的功率相等，灯泡的亮度相同；
(b)灯泡两端的电压与通过灯泡的电流的乘积越大，即灯泡的功率越大，灯泡越亮，小灯泡发光时的亮度是由灯泡两端电压和通过灯泡电流的乘积，即灯泡的功率决定的．
点评：本题是—道探究实验题，考查分析处理实验数据、归纳得出实验结论的能力．根据实验得出的数据和观察到的现象，探究灯泡发光时的亮度跟哪些因素有关，可猜想：①只与电压有关；②只与电流有关；③与电阻()有关；④与功率(P=IU)有关．通过分析比较，归纳得出上述哪种猜想正确，即得出初步的实验结论．
例2 在“测定小灯泡额定功率”的实验中：电路如22页图7-19所示，小灯泡的额定电压为2．5V，电阻约为10Ω，电源为两节干电池．
(1)请用笔画线代替导线，将图7-20甲中的元件连成符合这个实验要求的电路(连线不能交叉)．

(2)正确连好电路后，闭合开关S，发现灯L不发光，故障的原因可能是 ( )
(A)电流表处有开路 (B)电压表正负接线柱处开路
(C)小灯泡L短路 (D)小灯泡L的灯丝断了
(3)排除故障后，当小灯泡L正常发光时，电流表指针位置如图7-20乙所示，则小灯泡L的额定功率为____W．
(2003年，辽宁)
分析与解答：(1)在连接电路之前要确定电压表和电流表所使用的量程．选择电压表的量程时，以灯泡的额定电压为依据．本题中，小灯泡的额定电压为2．5V，为提高读数的准确性，电压表选择使用0～3V量程，把标有“—”和“3”的两个接线柱连入电路．选择电流表的量程时，以电路中可能出现的最大电流值(滑动变阻器连入电路的电阻为零时的电流)为依据．本题中给出的电源是两节干电池，必须组成串联电池组使用，电源电压为3V，电路中可能出现的最大电流，电流表选择使用0～0．6A的量程，把标有“-”和“0．6”的两个接线柱接入电路中．连接实验电路时，可先把电池组、开关、滑动变阻器、小灯泡和电流表连接成串联电路，最后把电压表并联接在小灯泡两端．
(2)正确连好电路后，闭合开关S，灯L不亮，说明灯泡中没有电流通过，灯泡电路出现了开路或短路．
(3)由于电流表使用的是0～0．6A量程，灯泡正常发光时，两端电压等于额定电压，U=2．5V，灯泡中的电流等于电流表的示数，I=0．26A，灯泡的额定功率等于此时的实际功率，P=IU=0．26A×2．5V=0．65W．
由以上分析可得：(1)连成的符合实验要求的电路如图7-21所示；(2)闭合开关S灯L不发光的故障原因可能有A、C、D；(3)灯泡L的额定功率为0.65W．

点评：本题是一道典型的实验综合题，它把电流表和电压表的量程选择、实验电路的连接、实验电路故障的分析判断、电流表示数的读取、实验数据的分析处理综合在一起，考查动手操作和综合分析问题的能力．解题的关键是亲身经历实验过程，理解实验原理，并能分析和处理实验数据，归纳得出实验结论．解题时要特别注意小灯泡正常发光，就意味着小灯泡两端电压等于额定电压，此时灯实际消耗的功率等于它的额定功率．
例3 实验探究：
[提出问题]
给你额定电压为6V的小灯泡—只，你能测出它发光时的电功率吗?
[制定计划与设计实验]
①根据电功率公式，要测电功率需测出电压U和电流I；②设计如图7-22甲所示的电路进行实验，选择图7-22乙所示的仪器和器材(用笔画线进行连接)；③为比较不同电压下灯泡工作的功率，实验进行三次．

[进行实验与收集证据]
通过实验(步骤略)，得到如下数据：

[交流与合作]
请你讨论下列问题以便同其他同学交流：
(1)完成上面数据表的填写；
(2)写出计算灯泡额定功率的计算过程．
(2003年，安顺)
分析与解答：1．按照实验电路图连接电路要按照一定顺序进行．可以从电池组的正极开始，依次连接开关S、电流表A、灯泡L、滑动变阻器，最后连到电池组负极．然后把电压表并联接在灯泡L两端．连接电路时要注意，电流必须从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出；滑动变阻器取金属杆两端的一个接线柱和电阻丝两端的一个接线柱连入电路．(电路连接读者在图7-22乙上自行完成)
2．根据实验记录的数据和电功率公式可计算得出，时，时，时，．
3．由实验测得的数据知，当灯泡两端电压等于额定电额时，灯泡中的电流I=0．50A，灯泡的额定功率

点评：本题是一道科学探究试题．题目围绕“提出问题”、“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“交流与合作”等科学探究的环节对物理研究方法进行考查．把科学探究和科学内容的学习和考查放在同等重要的地位．试题突出科学探究和科学素质的培养，体现研究过程和方法．显现了今后中考物理命题的方向和趋势．
例4 按图7-23所示电路对额定电压为3．8V的小灯泡进行实验时，测得5组实验数据，并记录在表中，同时记录了小灯泡亮度变化情况．

请你仔细分析实验数据和实验现象，回答以下问题：
(1)小灯泡的额定功率是_________W；
(2)小灯泡亮度变化规律是____________；
(3)除了表格中列出的数据和现象外，你还能发现的问题是_________________________
_____________________________________________________________________.
(2003年，安徽)
分析与解答：小灯泡的额定电压为3．8V，由实验数据可得，当小灯泡两端电压等于额定电压时，通过的电流为0．3lA，小灯泡的额定功率为；从实验数据和现象可以看出，随着小灯泡两端电压的增大，灯泡中的电流也增大，灯泡耗电的电功率由逐渐增大为、、、，灯泡发光的亮度逐渐增加．同时，由欧姆定律可以计算出五次实验时灯泡的电阻依次是：很明显，灯泡的电阻是变化的，并且电阻随灯丝中电流的增大而增大．
由以上分析可得：(1)灯的额定功率是1．18W；(2)灯泡的功率越大，灯泡的亮度越大；(3)灯丝的电阻是变化的．
点评：本题考查分析处理实验数据和现象、归纳总结得出物理规律的能力．解题过程中，要善于运用欧姆定律和电功率公式计算得出小灯泡发光时的电阻、电功率，结合小灯泡发光的亮度，概括总结得出灯泡亮度和电功率的关系及灯丝电阻和电功率的关系．
例5 在“伏安法测电阻”和“测小灯泡功率”(小灯泡的额定电压为2．5V)两个实验中：
(1)都需要测出三组电压值和电流值，前者的目的是________________；后者的目的是_____________________．
(2)下表是小明“测小灯泡功率”实验时记录的数据，由此可知小灯泡的额定功率________________W．

(3)同学们在交流实验体会时，有的同学提出：可以根据小明的测量数据，在非额定电压条件下求出小灯泡的电阻，再由公式，求出小灯泡的额定功率，请用这种方法根据表格中的数据算出(要求有必要的计算过程)．将和进行比较．并分析说明产生这种差异的根本原因．
(2003年，哈尔滨)
分析与解答：(1)用电压表和电流表测小灯泡的电阻和电功率，测量电路和方法完全相同，前者利用计算灯泡的电阻，后者利用计算灯泡的功率．测量过程中都要测出三组电压值和电流值，前者的目的是进行多次测量，求电阻的平均值，减小测量的误差；后者的目的是测小灯泡在额定电压下的额定功率和不在额定电压下的实际功率，并加以比较，寻求小灯泡的发光亮度和实际功率及实际电压的关系．
(2)小灯泡的额定电压为2．5V，由实验数据知道，灯泡两端电压等于额定电压时，通过灯泡的电流为0．22A，小灯泡的额定功率．
(3)根据实验测得的数据，时，，此时灯泡的电阻.小灯泡的额定功率.．原因是灯丝的电阻受温度的影响，电压高时，灯丝温度高，测得的电阻偏大，由可知计算出的值偏小．
若选择、计算电阻，由计算出的值将偏大．读者可自行分析产生差异的原因．
点评：本题考查分析处理实验数据、归纳总结得出实验结论的能力．通过解题，加深对用电压表、电流表测灯泡电阻和电功率实验的相同之处和不同之处的理解和掌握，同时探究发现灯泡灯丝的电阻是随温度升高(或实际电功率的增大)而增大的．通常我们解题认为灯丝电阻恒定不变，只是为了简化解决主要问题而采取的—种近似．
例6 在—次测定小灯泡额定功率的实验中，老师给出了下列器材：额定电压为的小灯泡、电源(电压未知)、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、一个单刀双掷开关和若干导线，如图7-24．实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化．

(1)小张同学设计的实验电路图如图7-24，请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线．
(2)写出用以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量(物理量用字母表示)．
(3)本实验中，小灯泡额定功率的表达式P=_______________．
(4)若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为—只电压表，请你重新设计—个实验电路图，测量小灯泡的额定功率(将实验电路图画在下面的方框内，不需要说明实验步骤)．
(2003年，重庆)

分析与解答：(1)根据电路图连接未完成的实物连线如图7-25所示．(连接电路时，要注意单刀双掷开关有三个接线柱，动触片和灯泡相连接，两个静触片分别和电流表的正负接线柱相连接)

(2)由电路图(图7-24)可以看出，单刀双掷开关的动触片接触点1时，灯泡L和电阻R并联，电流表测R中的电流；开关的动触片接触点2时，灯泡L和电阻R仍然并联，电流表测干路中的电流．由于只有电流表而没有电压表，灯泡两端的电压测量问题需要转化为电流测量问题，然后利用欧姆定律计算出灯泡两端电压．
利用图7-24所示电路测定小灯泡额定功率的实验步骤是：①计算出R两端电压等于灯泡L的额定电压时，通过它的电流；②S掷向接线柱1，调节滑动变阻器，使电流表示数为(此时灯泡L两端电压为)；③保持滑动变阻器的滑片位置不动，S掷向接线柱2，读出电流表示数I．(灯泡L和电阻R并联电路的干路电流)
(3)小灯泡的额定功率.
(4)若将图7-24所示器材中的电流表改换为电压表，要测量灯泡L的额定功率，电压可用电压表直接测量，电流就需要进行间接测量．可将灯泡L和电阻R串联，测量两个不同的电压值，最后计算出灯泡的额定功率．可以测量出小灯泡的额定功率的实验电路图如图7-26所示．(实验步骤和灯泡额定功率的表达式读者自己分析、设计和写出)

点评：本题考查综合运用欧姆定律、电功率公式、串联电路和并联电路特点解决实际问题的能力．解题时要能灵活运用转化的物理思想方法将电压的测量转化为电流的测量或把电流的测量转化为电压的测量，借此达到测量小灯泡额定功率的目的．
【易错例题分析】
例 图7-27是测定额定电压为2．5V小灯泡额定功率的实物连接图．

(1)请在方框内画出电路图
(2)实验过程中某一时刻电压表示数如图7-28甲所示，为了测得小灯泡的额定功率．闭合开关后，应把图7-27中的滑动变阻器滑片P向_______(填“左”或“右”)移动，直至电压表示数为2．5V为止，这时电流表示数如图7-28所示，为_______A，则此时灯泡的额定功率是_____________W．

(3)若电源电压为6V，滑动变阻器有“10Ω 1．5A”和“20Ω 1A”两种规格，那么实验中应选用规格为__________的滑动变阻器．
(2003年，福州)
错解一：由图7-27和图7-28甲知，滑动变阻器连入电路的是AP段电阻丝，电路连通时，电压表示数为1．2V，要使电压表示数增大为2．5V，变阻器连入电路的电阻必须增大，因为串联电路中，电阻越大，两端的电压也越大，滑动变阻器的滑片P应向右移动．
错解二：由图7-28乙知，灯泡两端电压等于额定电压时，灯泡中的电流，即电流表示数为0．22A，灯泡的额定功率.
错解三：实验中应选用“10Ω 1．5A”的滑动变阻器，因为该变阻器允许通过的最大电流值比较大．实验过程中不会因电路中电流过大而损坏．
警示：在做用电压表和电流表测小灯泡的电功率的实验时：①实验器材的选择不但要考虑器材的作用，还必须考虑器材的规格能否满足实验中对电流、电压、电阻以及电功率的要求；②读取电表示数时，要先根据连入电路的接线柱确定使用的量程，再根据量程确定刻度盘上的分度值，最后根据指针位置读数；③实验电路中用来调节灯泡电压和电流的是滑动变阻器，调节前要弄清变阻器连入电路的是哪一段电阻丝，滑片向左或向右移动时电灯中的电流或电压是增大还是减小，最后根据实验要求确定滑片的移动方向．
正解：(1)实验电路图如图7-29所示；(2)要使电压表示数为2．5V，变阻器的滑片P应向左移动；电压表示数为2．5V时，电流表的示数为0．24A，灯泡的额定功率；(3)灯泡正常发光时的电流I=0．24A，此时变阻器两端电压，变阻器连入电路的电阻．要使灯泡在实验中不致被烧坏，变阻器连入电路的电阻不得小于14．6Ω，即变阻器的最大电阻值必须大于14．6Ω．实验中应选用规格为“20Ω 1A”的滑动变阻器．

点评：本题综合考查设计实验，选择器材、读取电表示数和分析处理实验数据的能力．用电压表和电流表测量灯泡的功率是一个非常重要的实验，应明确该实验的原理，会设计和连接实验电路，能根据欧姆定律和电功率公式通过计算和分析选择实验器材，理解各元件(特别是滑动变阻器)的作用，能收集、整理和处理实验数据并归纳总结得出实验结论．通过探究实验．提高综合运用知识的能力．

【同步达纲练习】
1．在“测定小灯泡额定功率”的实验中(小灯泡标有“3．8V”字样，灯泡的电阻约为12Ω)：
(1)在连接电路时，开关应该是______的．
(2)某同学在连接实验电路时还有导线未接上，如图7-30a所示．请你用笔画线代替导线，把图中电路连接好，闭合开关后，要求变阻器滑片向右移动时灯泡变亮(请勿更改原有导线，且所有导线不得交叉)．

(3)正确连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表的示数为________时，灯泡正常发光，此时电流表的指针位置如图7-30b所示，其示数为________，则小灯泡的额定功率是_________．
2．在做“测定小灯泡的电功率”的实验中，已知实验用小灯泡的额定电压为2．5V，额定功率约为1W，某同学想较准确地测出小灯泡的额定功率，连接了如图7-31a所示的实验电路．
(1)该同学正要闭合开关进行实验，老师又帮他检查了一下电路，发现电路中有三处错误或不妥．请把它们找出来，并填写在下面的横线上．
①__________________________________________________________________
②__________________________________________________________________
③__________________________________________________________________

(2)电路改正后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端电压为2．5V，此时电流表的示数如图7-31b所示，该电流为_______A．小灯泡的额定功率为_______W．
3．几位同学在做“测定小灯泡的电功率”实验．

(1)请在虚线框中画出实验电路图；
(2)在连接电路中，开关应_______，滑动变阻器的滑片应移到______________处；
(3)小荣同学实验时，所用的电压表量程是0～3V，但刻度模糊不清，无法直接读出实验数据，却能从0～15V档的刻度线看出指针停在11．5V处，则加在电压表两端的实际电压为_______V；
(4)平平同学连接好实验电路，检查无误后，闭合开关，发现电流表指针偏转，电压表指针几乎不动，该故障的原因是 ( )
(A)灯泡灯丝断了 (B)电流表接线短路
(C)电源接触不良 (D)灯座接线短路
4．图7-32所示的电路图，在我们的物理学习中多次使用．请根据此图，选择一个做过的实验或者进行创新设计．具体要求：

(1)如果选择做过的实验，应写出实验名称、实验步骤和实验结果表达式．
(2)如果选择创新设计，应写出设计名称(自定)和设计意图．
5．如图7-33甲所示是某同学在做“测定小灯泡功率”实验时所连接的实验电路，闭合开关后发现小灯泡不亮，而两表均有读数．调节滑动变阻器的滑片也仍旧如此，没有变化．

实验中小灯泡上标有“2．5V0．3A”字样，滑动变阻器的铭牌如图7-33乙所示，实验前检查所有的实验器材都是完好的，但实验电路中有—处连接错误，请指出是什么错误?____________________________________________________________________________
小灯泡为什么不亮呢?说明你的理由．__________________________________________
_______________________________________________________________________________
在下边方框内画出正确的实验电路图．

6．如图7-34a所示，是小强测量一只标有“2．5V”字样小灯泡电功率的实验电路．但尚未连接完．(小灯泡电阻约为10Ω)

(1)请你用笔画线代替导线帮他完成电路连接(画线不许交叉)
(2)连接电路时，应注意：开关要________；变阻器的滑片要移到________
(3)电路连接准确无误后，闭合开关，移动变阻器滑片P使小灯泡正常发光．此时，电流表示数如同7-34b所示，则小灯泡的额定功率为______________W．
(4)另—小组在做此实验时，连完电路，闭合开关后，发现电流表的指针反向偏转，他们应采取的纠正方法是________．
7．小明同学在做“测定小灯泡功率”实验时，选取了—个标有“2．5V”的小灯泡和必要的器材，用导线把实验器材连接起来，如图7-35所示．

(1)在开始测量前，请你帮小明检查实验器材连接图，如有错误，在图上错误的连线上打“Ⅹ”，再用笔画线画出正确的连线(要求改动的连线最少)．
(2)经检查改正连线后，小明连续进行了4次测量，并把测量得到的数据和观察到的现象填写在下面表格里．

请你和小明分析上表中的数据和现象，可得到：
A．小灯泡的额定功率是________W；
B．小灯泡逐渐变亮，表明灯丝温度逐渐________；
C．小灯泡逐渐变亮，表明灯丝的电阻逐渐_________；
D．由此可知，灯丝的电阻是随温度升高而__________．
8．如果利用一段足够长的电阻丝(这根电阻丝每厘米长的电阻为0．5Ω)来安装一只调光小电灯，你准备怎么做?提供的灯泡为“6V3．6W”，电源电压为9V，要求：
(1)设计一个电路，使灯泡既能正常发光，又能起调光作用．(通过计算加以说明，并画出电路图)
(2)说说你的具体制作方案．(在制作过程中，需要的其他器材可以自行选用)
(3)如果将这样的调光方式用到家庭照明电路中，能否真正起到节能作用?请说说你的想法．

参考答案
【同步达纲练习】

7．(1)略；(2)A．1．00；B．升高；C．增大；D．增大
8．(1)灯泡正常工作电流，分压电阻R两端电压，电阻丝的长度．要使电路中的灯泡既正常发光，又能起调光作用，串联的电阻丝长度l′必须大于10cm；(2)制作方法：将电阻丝截下适当长(大于10cm)的一段后，将电阻丝的一端用导线和灯泡相连接．并将从这一端开始的10cm长用绝缘胶布缠紧并加以固定，最后在剩下的电阻线上用铜线缠绕几圈，做成可以在电阻线上滑动的铜线环，并将铜线环用软导线按电路图和电源相连，再接入开关，灯泡，组成闭合电路；(3)不能，因为电流通过调光用的电阻丝时，有电能转化成热损失掉

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